水電站導流洞導截流受下游水位的影響分析

柳 磊

(江西晨升建設(shè)工程有限公司,南昌 330077)

河道截流在水利水電工程施工中發(fā)揮著重要作用,導截流的成敗直接關(guān)系到工程施工進度與造價,導截流必然屬于工程建設(shè)中的關(guān)鍵性工序?，F(xiàn)有研究成果大多集中在寬戧堤截流合龍期間水流特性,截流落差及其余水力學指標受導流洞圍堰殘埂影響,國內(nèi)外截流技術(shù)措施及截流信息化等方面,而對下游水位運用方式影響上游在建水利水電工程施工導截流的成果較少?；诖?文章以江西倫潭水電站為例,對其建設(shè)過程中導截流受下游水位運用方式的影響展開模型試驗與分析,以資借鑒。

1 工程概況

倫潭水利樞紐工程位于江西鉛山縣天柱鄉(xiāng)倫潭,距鉛山縣城42km,為發(fā)電、灌溉、防洪、養(yǎng)殖等多功能大型水利樞紐,是贛江流域梯級電站的最后一級。壩址以上控制流域面積達3898km2,為不完全年調(diào)節(jié)水庫。電站樞紐由主壩、副壩、溢洪道、導流洞等建筑物組成,壩頂寬10.5m,長588m。該水利樞紐電站導流洞在施工導截流期間受下游水位的影響較大,為保證截流順利,必須展開具體影響過程及程度的分析。

2 模型設(shè)計

按照《水利水電工程施工導截流模型試驗規(guī)程》(SL T163-2019)對模型比尺設(shè)計的規(guī)定及研究目的、內(nèi)容和要求,綜合考慮試驗過程的可操作性與結(jié)果的合理準確性,采用動床正態(tài)整體模型,并依照重力相似原則,使模型與工程原型保持幾何相似、動力相似及水流運動相似性。根據(jù)河道特點及倫潭水電站截流、度汛試驗模型技術(shù)要求,按1∶55確定模型比例,并以上游圍堰軸線以上500m～下游圍堰軸線以下600m為模型長度范圍[1-3]。采用10月上旬10a一遇旬流量均值為截流標準,對應(yīng)的流量值為892m3/s,導流洞進出口施工圍堰殘留高度僅為1.8m。

3 模型試驗結(jié)果

根據(jù)下游水位不同,擬定出2種工況,工況1:上邊界流量為892m3/s,下邊界水位1302.56m,10月中旬蓄水至1303m死水位,圍堰殘埂高1.8m;工況2:上邊界流量為892m3/s,下邊界水位1304.10m,10月中旬蓄水至1306m的正常水位,圍堰殘埂高1.8m。

3.1 導流洞進口水力要素

截流之初,工況2導流洞進口水深在6.0m以上,但流速(3.0m/s)小于工況1,導流洞過流量小;隨著截流過程的推進,龍口逐漸減窄,工況2水深及流速均增大,尤其是流量增加率遠超出工況1。合龍過程中,進口水深及導流洞流量均趨于一致。因工況2下游水位較高,戧堤滲流小;工況2導流量超出工況1。水力要素取值見表1。

表1 導流洞進口水力要素

截流之初流量較小,工況2下導流洞進口水位位于1304.7～1305.4m之間,工況1導流洞進口水位則在1307.6～1308.4m之間;此后隨著流量的增大,工況2水位快速升高至1310m,工況1水位增速較緩,最終也達到1310m的水位。

3.2 導流洞內(nèi)水位變化

截流期間導流洞進口、出口以及與進口相距500m處的水位試驗結(jié)果見表2。根據(jù)表中結(jié)果,截流開始之初,在正常蓄水位下,導流洞進出口水位均處于較高水平,比降值非常小;隨著龍口變窄,水面比降開始遞增,直至截流完成,水面比降升高至0.18～0.28[4]。

表2 導流洞內(nèi)水位及比降試驗結(jié)果

根據(jù)工況1同水位下導流洞內(nèi)水面變化情況試驗結(jié)果,對于起點距取0～400m時,在導流洞施工導截流的過程中水位從1305.7m逐漸升高至1309.4m,合龍后繼續(xù)升高至1309.6m;起點距取500m時,導流洞施工導截流過程中水位從1305.4m逐漸升高至1309.1m,合龍后繼續(xù)升高至1309.5m;起點距取600m時,導流洞施工導截流過程中水位從1305.2m逐漸升高至1308.6m,合龍后繼續(xù)升高至1309m;起點距取800m時,導流洞施工導截流過程中水位從1305 m逐漸升高至1307.9m,合龍后繼續(xù)升高至1308m;起點距取1100m時,導流洞施工導截流過程中水位從1305 m升高至1306.1m,合龍后繼續(xù)升高至1306.6m。

根據(jù)工況2同水位下導流洞內(nèi)水面變化情況試驗結(jié)果,對于起點距取0m時,在導流洞施工導截流的過程中水位從1308.3m逐漸升高至1309.5m,合龍后繼續(xù)升高至1310m;起點距取200m時,導流洞施工導截流過程中水位從1308.3m逐漸升高至1309.2m,合龍后繼續(xù)升高至1309.8m;起點距取400m時,導流洞施工導截流過程中水位從1308.3m逐漸升高至1309.1m,合龍后繼續(xù)升高至1309.7m;起點距取600m時,導流洞施工導截流過程中水位從1308.3m逐漸升高至1308.8m,合龍后繼續(xù)升高至1309.3m;起點距取800m時,導流洞施工導截流過程中水位從1308m升高至1308.5m,合龍后繼續(xù)升高至1308.8m;起點距取1100m時,導流洞施工導截流過程中水位從1307.9m升高至1308.1m,合龍后幾乎沒有變化。

通過對不同龍口寬度下導流洞水面線的分析,兩種工況下,水面線均隨起點距的增大而降低;龍口寬度越小,降速越大。當下游為死水位時,導流洞進出口水位均較低,隨著龍口寬度的減小,水位逐漸升高,水面比降增大。下游為正常蓄水位時,工況2導流洞沿程水位起初高出工況1,隨著截流過程的推進,水位逐漸增大,水面比降仍較小[5]。

3.3 導流洞出口流態(tài)

根據(jù)對下游倫潭水電站運行過程中導流洞出口流態(tài)的分析,其出口主要表現(xiàn)為淹沒出流方式,尾水干擾來水的特征十分突出,致使導流洞內(nèi)壅水明顯,對導流不利。

3.4 龍口處水力要素

截流期間,龍口寬度處于不斷變化過程,不同工況下龍口處水力要素試驗結(jié)果見表3。根據(jù)表中結(jié)果,在截流過程中隨著龍口寬度的減小,工況1下戧堤上下游水位落差從2.24m增大至8.56m,增大了2.37倍;工況2下戧堤上下游水位落差從2.54m增大至7.80m,增大了2.07倍。工況1下龍口單寬流量從30.34m3/(s·m)降至5.89m3/(s·m),降低4.15倍;工況2下龍口單寬流量從23.09m3/(s·m)降至8.72m3/(s·m),降低1.65倍。工況1龍口單寬功率降低54.26%,工況2龍口單寬功率降幅僅為0.38%;兩種工況下龍口流速均值降幅基本一致。

表3 龍口處水力要素試驗結(jié)果

4 結(jié) 論

綜上所述,下游倫潭水電站按照正常水位運行時,截流之初導流洞進流小于死水位;隨著戧堤合龍的持續(xù)推進,導流洞分流量持續(xù)增大,戧堤處洪水位也高出死水位,但水位落差比死水位小,水流流速也較為緩慢。下游水電站按照死水位運行時,截流之初導流洞進流多,在合龍進程中,導流洞分流量增加緩慢;直至戧堤合龍,導流洞分流量仍較為接近。河道下游水電站運行方式對施工導截流存在較大影響,截流河段下游水位較高的情況下,必將使導流洞進出口水位增大,洞內(nèi)比降減小,流量降低;但此時單寬功率和龍口流速也會隨之降低,對截流較為有利。